Геохимическая опасность и риск на урбанизированных территориях: анализ, прогноз, управление
Модели формирования техноприродной геохимической опасности и риска, их основные составляющие. Характеристика принципов управления геохимическим риском. Особенности подходов к районированию урбанизированных территории по степени геохимической опасности.
| Рубрика | Экология и охрана природы |
| Вид | автореферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 28.12.2017 |
| Размер файла | 1,3 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Устойчивость природного объекта (внутренний фактор). Опасное результирующее воздействие на природный объект не является достаточным условием для формирования геохимической опасности, в связи тем, что он может быть устойчив к внешним воздействиям и не перейти в опасное геохимическое состояние. Вероятность формирования опасного состояния в значительной степени зависит от внутренних свойств природного объекта и его способности сохранять, восстанавливать и (или) регулировать свой состав и свойства и (или) выполнять определенные функции (например, в качестве вод хозяйственно-питьевого назначения). Формирование опасного состояния миграционного компонента природной среды оценивается на участке (в створе) фиксации гидрохимической или гидрогеохимической опасности, который определяется в зависимости от цели исследования. В большинстве случаев это участок, на котором оценивается опасное воздействие природной среды на человека и объекты инфраструктуры. Он может пространственно совпадать с участком поступления загрязнения в водоносный горизонт или поверхностный водоток или находиться на некотором расстоянии. При переносе загрязняющих веществ в миграционной среде возможны значительные изменения степени опасности за счет дисперсии, физико-химических процессов превращения загрязняющих веществ в самой миграционной среде и при взаимодействии с твердой фазой отложений. При рассмотрении конкретных концептуальных моделей важно также учитывать внешние воздействия по пути трансляции опасности в самом объекте до участка фиксации состояния среды.
Устойчивость природного объекта определяется по отношению к конкретному загрязняющему веществу, она также может существенно меняться во времени, что обусловлено изменением ее свойств (например, исчерпание сорбционной емкости). Устойчивость можно оценить временем, в течение которого среда сохраняет способность сопротивляться внешнему воздействию, или величиной потерь (например, ухудшением качества вод), вызванных в течение заданного времени воздействием определенной интенсивности на объект. Особенностью формирования геохимической опасности является ее «скрытый» характер. Формирование геохимической опасности может происходить в результате синергетических эффектов. В качестве примера рассмотрены взаимодействия, индуцированные водоотбором подземных вод.
Таким образом, в рамках модели «эргатическая система - природная среда» возникает так называемый «предметный» риск (риск формирования опасной геохимической ситуации). В общем виде вероятность возникновения в результате техногенного воздействия опасной геохимической ситуации - события (H) - определяется по следующей зависимости:
(1)
где P(Fi) - вероятность того, что в течение заданного периода времени на среду будет оказано техногенное воздействие типа i; P(S/Fi) - условная вероятность того, что в случае воздействия Fi природный объект окажется в зоне влияния техногенного источника; P(Fr/Fi&S) - условная вероятность опасного (больше предельно допустимого) результирующего воздействия Fr в случае исходного воздействия Fi и соответствующего расположения объекта; P(H/Fr& Fi&S) - условная вероятность формирования опасного геохимического состояния H при результирующем воздействии Fr, исходном воздействии Fi, соответствующем расположении природного объекта (функция проявления неустойчивости природной среды V). Схема формирования геохимической опасности представлена на рис.3.
Рис. 3. Схема формирования геохимической опасности
Реализация опасной геохимической ситуации (модель II)
Реализация опасной геохимической ситуации обусловливает как социальные, так и экономические потери на урбанизированных территориях. Социальные потери определяются ухудшением здоровья человека (вплоть до летального исхода) при непосредственном воздействии загрязняющих веществ через атмосферный воздух, пылении почв, контакте с загрязненными поверхностными водами в водотоках и водоемах, использовании загрязненной растительности. Экономические потери определяются: разрушением заданий и сооружений, выводом из строя жизнеобеспечивающих коммуникаций при воздействии агрессивных подземных вод на фундаменты и заглубленные конструкции на подтопленных территориях, а также загрязнением подземных вод, использование которых контролируется соответствующими организациями.
Источники потенциально опасных воздействий в модели II - компоненты природной среды - имеют техноприродный или природный генезис. Если в модели I риск «организовывал» субъект (ЛПР), создавая техногенные источники воздействия, то и в модели II риск реализации геохимической опасности также в основном «организует» ЛПР, размещая в зоне опасных воздействий уязвимые объекты - людей, материальные ценности, допуская использование в пищу загрязненной растительности и животных, употребление некондиционных вод, не обеспечивая систем защиты от опасностей и т.п.
Воздействие природной среды может быть: непосредственным - природная среда воздействует непосредственно на человека (например, воздействие загрязненного атмосферного воздуха - при дыхании, почв - при пылении, поверхностных вод - при купании, грунтовых вод (нецентрализованного водоснабжения) - при питье); опосредованным - воздействие осуществляется через объекты второго и более низких рангов. Объект опасности может повреждаться посредством различных воздействий, формирующихся в результате синергетических эффектов, так как геохимическая опасность, как ни одна другая, характеризуется многочисленными разветвленными цепями взаимодействий технической и природной подсистем.
Для модели II вероятность нанесения ущерба объекту зависит от вероятности: опасного геохимического состояния природного объекта, контакта реципиента (объекта опасности) с природным объектом, проявления реципиентом уязвимости. Как и в модели I, формирование потенциально опасного воздействия со стороны природной среды рассматривается на участке фиксации: на водозаборе, на участках размещения зданий и сооружений, в местах нахождения человека. Контакт объектов опасности с загрязненным компонентом природной среды может быть как детерминированным (расположение здания на территории, подтопленной агрессивными водами, нахождение человека на рабочем месте), так и вероятностным (нахождение человека на улице в период пыления почв, выпадения загрязненных атмосферных осадков и т.п.). Данное обстоятельство зависит и от специфики реципиента, и от функционального использования территории. Для модели II также важно результирующее воздействие, однако оно определяется в основном искусственной защищенностью реципиентов (очистные сооружения, гидроизоляция фундаментов и т.п.).
Возникновение ущерба зависит от внутренних свойств объектов опасности, их уязвимости - зависящей как от качеств самих объектов, так и от характера и интенсивности этих воздействий. Уязвимость материального объекта (например, фундамента здания) определяется его восприимчивостью к воздействию и состоянием конструкции и характеризуется его реакцией на опасные воздействия (Дзекцер, 1992). Уязвимость человека к опасным воздействиям со стороны загрязненной природной среды определяется его индивидуальной сопротивляемостью, которая зависит от наследственности, возраста, пола, физиологического состояния организма в момент воздействия неблагоприятного фактора, ранее перенесенных заболеваний и т.д. (Киселев, Фридман, 1997).
В целом с учетом факторов риска при реализации опасного воздействия со стороны природной среды, геохимический риск для объекта опасности выражается следующей зависимостью:
, (2)
где P(Hi) - вероятность формирования опасного геохимического состояния i-го природного объекта (см. формулу (1)), P(S*/Hi) - условная вероятность контакта S* реципиента (объекта опасности) с природным объектом, P(L/Hi&S*) - условная вероятность реализации ущерба L в случае контакта реципиента с природным объектом в его опасном состоянии Hi (функция уязвимости), L - ущерб.
По каждой цепочке «источник воздействий - компонент природной среды - объект опасности (реципиент)» риск оценивается отдельно для каждого исследуемого потенциального загрязняющего вещества. Риски от воздействия различных компонентов природной среды на реципиентов суммируются.
Глава 3. Основные методические положения оценки и прогноза геохимической опасности и риска
Оценка геохимической опасности
В настоящее время существует два подхода к оценке геохимического состояния компонентов природной среды с позиций опасности их воздействия на различные объекты: вероятностный и детерминированный.
При вероятностном подходе в соответствии с определениями опасности и риска, приведенными ранее, мерой опасности является риск. Общепринято, что для количественного измерения опасностей применяется «шкала», в которой в качестве единиц измерения используются единицы риска (Кузьмин, Махутов, Хетагуров, 1997). Таким образом, геохимическая опасность должна выражаться в единицах риска в зависимости от типа ущерба и соответственно категории опасности должны определяться исходя из величины риска. Данный подход в основном разрабатывается при оценке риска здоровью человека, методические исследования для других реципиентов находятся в стадии становления.
При детерминированном подходе для оценки опасности геохимической ситуации с позиций ее воздействия на различные объекты используются разные системы санитарно-гигиенических норм и геохимических показателей, разработанных при детерминированной постановке задач исследования. Данные нормативы достаточно актуальны в современный период в особенности при проведении санитарно-токсикологических исследований, инженерно-экологических изысканий, составлении карт районирования городских территорий по степени геохимической опасности и т.п., однако их использование во многих случаях недостаточно обосновано, что требует дальнейшего совершенствования методической базы.
В данной главе представлены:
1) критический анализ методик оценки опасности геохимических состояний разных компонентов природной среды с позиций их воздействия на различные объекты опасности - воздействия загрязненных природных сред на человека (объект первого ранга) и агрессивных природных сред - на объекты инфраструктуры (объекты второго ранга);
2) результаты развития методических подходов к оценке геохимической опасности: а) компонентов природной среды с позиций их воздействия на объекты опасности, б) почв и пород зоны аэрации как вторичного источника загрязнения.
Анализ методических подходов к оценке опасных геохимических состояний компонентов природной среды с позиций их воздействия на объекты опасности
При оценке опасности загрязненных компонентов природной среды по отношению к здоровью человека и компонентам экосистемы в качестве основных показателей используются величины предельно допустимой концентрации (ПДК) и фоновые концентрации. Недостатки ПДК для оценки состояния компонентов природной среды как фактора воздействия на здоровье человека неоднократно обсуждались (Киселев, Фридман, 1997; Головин, Морозова и др. 2000), что, однако, не повлияло на широкое использование данного показателя в связи с отсутствием столь же удобного альтернативного варианта. Несмотря на то, что ПДК позволяет оценить не опасность, а безопасность геохимического состояния исследуемой среды, для оценки опасности часто используется коэффициент концентрации Кс (отношение концентрации химического вещества к ПДК). В большинстве случаев полагают, что чем больше величина Кс, тем выше опасность воздействия загрязненной природной среды на реципиентов, но такие оценки носят качественный характер и использование Кс в данном случае требует специального обоснования. Аналогичный характер носит использование для коэффициента опасности (HQ), обычно применяемого для характеристики развития риска неканцерогенных эффектов и представляющего отношение воздействующей дозы (или концентрации) химического вещества к его референтному уровню воздействия: Предполагается, что чем больше отношение концентрации (дозы) к референтному уровню воздействия превосходит единицу, тем более значительную опасность может представлять анализируемое воздействие, но при этом не учитывается нелинейный характер зависимости «доза-эффект». Превышение референтных доз (так же, как и ПДК) позволяет делать вывод только о возможности неблагоприятных эффектов без его количественной оценки.
Рассмотрены существующие подходы к оценке опасности геохимического состояния различных компонентов природной среды по отношению к различным объектам опасности (человеку, подземным частям зданий и сооружений) и другим компонентам природной среды.
При оценке качества подземных и поверхностных вод, используемых для питьевого водоснабжения, определяется не опасность, а безопасность их использования в соответствии с нормативными документами и при превышении ПДК в источниках, предназначенных для питьевого водоснабжения, любой случай превышения ПДК свидетельствует о некондиционности вод, а принимается решение о способах доведения состава вод до кондиционного (очистка, смешение с чистыми водами). Для характеристики экологической обстановки степень загрязнения питьевой воды и водоисточников питьевого и рекреационного назначения определяется в соответствии с «Критериями оценки экологической обстановки для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия». Для поверхностных водоемов при определении степени загрязненности используются методические подходы, представленные в работах (Васильева и др., 1998; Моисеенко, 1995; и др.).
При оценке опасности агрессивного воздействия подземных вод на заглубленные части зданий и сооружений оценка опасности проводится по соответствующим нормативам, с выделением степени агрессивности в зависимости от концентрации компонентов. Рассмотрены разрабатываемые в настоящее время термодинамические методы оценки агрессивности (например, метод, основанный на определении степени термодинамической неравновесности по отношению к карбонату кальция). Данный подход позволяет более обоснованно подойти к оценке агрессивности, проявляющейся при нарушении карбонатного равновесия и приводящего к повреждению защитной карбонатной пленки на поверхности бетона, а также к отрицательному воздействию на фундаменты старинных зданий, сложенных блоками известняка.
При оценке опасности воздействия почв и горных пород используются в основном два подхода, заключающиеся в оценке превышения концентрации компонента по отношению к: 1) ПДК (ОДК), 2) фону. В настоящее время разрабатываются другие методы, из которых наиболее удачным является ЭКОСКАН (Буренков, Гинзбург, Грибанова, 1997). Наиболее спорными являются такие аспекты как правомерность использования нормативов для почв при оценке опасности горных пород и применимость действующих критериев для оценки опасности почв и горных пород как вторичного источника загрязнения сопредельных сред.
При оценке загрязнения техногенных отложений и горных пород урбанизированных территорий обычно используются методики, разработанные для почв населенных мест, в соответствии с которыми уровень химического загрязнения определяется по таким показателям как коэффициент опасности Ко (отношение фактического содержания компонента к ПДК или ОДК), коэффициент концентрации Кс (отношение фактического содержания компонента к фоновому содержанию) и суммарный показатель загрязнения Zc. Возможность использования нормативов для почв при оценке загрязнения пород должна быть обоснована, исходя из поставленных задач. Использование при определении уровня загрязнения пород нормативов для почв в основном целесообразно в том случае, когда загрязненные грунты непосредственно воздействуют или могут воздействовать на здоровье человека, например, при распылении и обогащении загрязненными частицами грунта приземных атмосферных аэрозолей, что приводит к повышению концентрации металлов в уличной и жилищной пыли. В том случае, когда задачей исследования является изучение техногенного загрязнения пород и процессов концентрирования элементов на породах, использование показателей для почв является некорректным.
Анализ возможности использования ПДК показал, что при оценке опасности следует представлять, опасность «чего» оценивается. Значения ПДК представляют наименьшее из экспериментально определенных четырех показателей вредности: транслокационного, миграционного воздушного, миграционного водного, характеризующих переход компонента из почвы соответственно в растения, грунтовые воды и атмосферный воздух, и общесанитарного, характеризующего влияние загрязняющего вещества на самоочищающую способность почвы и ее биологическую активность. Об опасности непосредственного воздействия на человека можно судить по сравнению концентрации загрязняющего вещества с миграционным воздушным показателем, а величина данного показателя нормируется в основном для очень ограниченного числа компонентов. Другие показатели вредности характеризуют опосредованную опасность через субъекты второго ранга - растительность и грунтовые воды (в том случае, если они используются человеком в пищу и для питья).
Более обоснованным при оценке опасности воздействия почв и пород на здоровье человека является использование величины суммарного показателя загрязнения Zc, являющегося индикатором неблагоприятного воздействия на здоровье населения. Основные дискуссионные вопросы, касающиеся использования данного показателя, сводится к следующим: 1) недостаточная необоснованность корреляции категорий загрязнения почв и изменения показателей здоровья населения в очагах загрязнения, 2) использование при расчете Zc для почв региональных и базисных значений фона, а для пород кроме того - значений кларков, 3) использование при расчете химических элементов только I-III классов опасности, 4) игнорирование синергетического действия химических элементов.
Анализ нормативных материалов, литературных и фондовых источников показал, что в действующих нормативных и нормативно-методических документах фон определяется как содержание вещества на территориях вне сферы локального антропогенного воздействия территорий (СП 11-102-97), не подвергающихся техногенному воздействию или испытывающих его в минимальной степени (МУ 2.1.7.730-99). В то же время ряд исследователей полагает (Морозова, Москаленко, 2001; Москаленко, Гинзбург, 2001), что на урбанизированных территориях в качестве точки отсчета, следует применять базисные концентрации элементов, т.е. концентрации, характерные для данной экосистемы до начала планируемой хозяйственной деятельности в ее пределах. Результаты, полученные автором при использовании предлагаемого «базисного» подхода для оценки опасности загрязнения почв, пород и техногенных отложений на конкретных участках, подтвердили целесообразность его применения на урбанизированных территориях (см. гл.5).
Важность обоснованного подхода к выбору фона при оценке уровня загрязнения почв и пород очевидна, так это в значительной степени влияет на выбор решения о дальнейшем использовании территории и в случае недопустимого загрязнения грунтов - способах их утилизации. Анализ собственного многолетнего опыта и литературных и фондовых данных позволил сделать вывод о том, что при выборе «реперных» параметров для оценки опасности загрязнения почв, пород и техногенных отложений необходимо исходить из специфики объекта сравнения. При определении уровня загрязнения почв, пород или техногенных отложений, которые залегают или могут оказаться в поверхностных слоях и непосредственно воздействовать на здоровье населения сравнение целесообразно проводить относительно базисных параметров. При исследовании концентрирования загрязняющих элементов на породах следует использовать фоновые содержания элементов в породах исследуемых участков, так как значения фоновых концентраций могут существенно варьировать в зависимости от минералогического состава пород, ландшафтно-геохимических и других факторов, а кларки пород представляют среднее из очень больших выборок.
Оценка геохимической опасности почв и пород как вторичного источника загрязнения
Кроме непосредственного влияния на здоровье человека, загрязненные почвы и породы могут влиять опосредованно - через загрязнение растительности, подземных, а также поверхностных вод (в случае разгрузки подземных вод в поверхностные водотоки и водоемы, плоскостного стока с загрязненных территорий). Одним их наименее изученных вопросов является оценка почв, техногенных отложений и горных пород как вторичного источника загрязнения подземных вод, что обусловило необходимость совершенствования методологического подхода. В современной практике оценка обычно проводится по степени загрязнения почв и пород валовыми или подвижными (что более обосновано) формами тяжелых металлов по отношению к миграционному водному показателю вредности. К основным недостаткам данного метода относятся следующие: 1) данный показатель разработан для ограниченного количества химических элементов, 2) использование метода не позволяет оценить время достижения загрязняющих компонентов уровня грунтовых вод и масштаб возможного загрязнения подземных вод.
Одним из важнейших факторов, определяющих опасность почв и пород как вторичного источника загрязнения, является форма нахождения химических элементов в твердой фазе. Используемый для определения подвижных форм ацетатно-аммонийный буфер позволяет представить суммарное содержание водорастворимой, обменно-сорбированной, карбонатной и сульфатов. Валовые формы (в случае извлечения их сильной кислотой) кроме вышеперечисленных включают органоминеральные и гидроксидные формы. Для детального изучения форм нахождения целесообразно проводить их определение фазовым геохимическим методом (Сает, Несвижская, 1974). Данный метод впервые использован автором для оценки опасности загрязнения пород и техногенных отложений.
Для оценки геохимической опасности зоны аэрации как вторичного источника загрязнения подземных вод тяжелыми металлами, нами предложен подход, заключающийся в определении форм нахождения химических элементов фазовым геохимическим методом и расчетах влаго- и массопереноса в зоне аэрации, что позволяет оценить изменения содержания загрязняющих веществ в породах и их концентрации, поступающие на уровень грунтовых вод. Рассмотрены основные этапы процедуры: определение форм нахождения химических элементов в породах в вертикальном разрезе для каждой литологической разности в верхней части, в центре и в нижней части слоя; выяснение физико-химических процессов (растворение, десорбция, деструкция), выбор модели; выяснение вида изотермы сорбции и определение параметров сорбции; определение параметров влагопереноса (в случае невозможности использование из базы данных); моделирование влаго- и массопереноса (прогноз изменения концентраций в зоне аэрации, а также поступающих на уровень грунтовых вод в заданные периоды времени); моделирование переноса загрязняющего вещества в водоносном горизонте (в исследуемой части площади). Примеры апробации методического подхода рассмотрены в главе 5.
Анализ, оценка и прогноз геохимического риска
В разделе рассмотрены основные понятия, используемые при оценке риска (вероятность объективная и субъективная, частота, неопределенность), дана классификация неопределенностей.
Для классификации неопределенностей при формировании геохимической опасности и риска в социоприроднотехнической системе предлагается следующая классификация неопределенностей, разработанная на основе анализа и обобщения ряда существующих классификаций (Дернер, 1997; Дзекцер, 1997; Человеческий фактор, 2003; Филиппов, Филиппов, 2000; Фон Нейман, Моргенштерн,1970).
Выделены следующие типы неопределенности:
1. Неопределенность целей.
2. Невозможность точного предсказания сценария развития событий, что обусловлено неопределенностью действий субъектов в социоприроднотехнической системе:
а) неопределенность, возникающая в связи с поведением субъекта первого ранга - ЛПР, зависящая от профессионализма ЛПР, информированности, психологической устойчивости и т.п.;
б) неопределенности, связанные с субъектами второго ранга - техногенными источниками: надежностью оборудования; повреждением технических систем вследствие ошибок персонала при эксплуатации; механическим и коррозионным износом и др.;
в) неопределенность знаний о природной среде, закономерностях ее развития и протекающих в ней процессах, ее реакции на техногенные воздействия и т.п.;
г) неопределенность знаний об объектах опасности - человеке, объектах инфраструктуры и т.п., их положении и реакции на воздействия загрязненной или агрессивной среды (например, подземных вод).
3. Неопределенность, возникающая при получении информации (измерение, обработка).
4. Неопределенность, возникающая при прогнозе формирования опасностей и возникновения риска (неадекватность используемых математических моделей, невозможность полного перебора вариантов, неопределенность, возникающая при многократных расчетах при оценке вероятности и накапливании ошибки).
В разделе проанализированы основные методы оценки риска (Монте-Карло, субъективной оценки вероятности, Байеса, экспертных оценок риска - "дельфи", балльной оценки риска, ранжирование и др.).
Основные положения методологии анализа и прогноза геохимического риска
Предлагаемая автором методология прогноза техноприродного геохимического риска основана на следующей концепции: наступление «конечного» неблагоприятного события (например, неблагоприятных последствий для здоровья человека при воздействии загрязненных вод или для заглубленных частей сооружений при воздействии агрессивных подземных вод и грунтов) рассматривается как сложное событие, являющееся результатом последовательно обусловленных более простых событий - воздействия техногенного источника, нахождения природного объекта в зоне техногенных воздействия, формирования опасного результирующего воздействия на природный объект, проявления неустойчивости природного объекта, контакта реципиента с природным объектом, проявления реципиентом уязвимости.
Процедура прогноза геохимического риска включает следующие стадии.
1. Формулировка цели и задач исследования, требований к проводимым исследованиям.
2. Разработка общей концептуальной модели формирования геохимической опасности и возникновения геохимического риска.
3. Прогноз геохимического риска (реализация концептуальной модели).
Стадия 1. Формулировка цели и задач исследования, требований к проводимым исследованиям.
Формулировка цели и задач проводимых работ должна включать:
1) определение основных элементов концептуальной модели: субъекта/субъектов опасности (ЛПР и техногенных источников), риск воздействия которых необходимо оценить; в том случае, если субъекты опасности не выявлены, необходима постановка задачи их идентификации; объекта опасности (для кого или для чего оценивается риск); «контактного» компонента природной среды, пространственного расположения точки (участка) фиксации опасного геохимического состояния, временной интервал оценки воздействия компонента природной среды на реципиента; вида выражения риска (экономический, физический и др.);
2) требования к: процедуре прогноза геохимической опасности и риска и используемым методам (стандартным или модифицированным с учетом специфики решаемых задач и т.п.); исходным данным; точности результатов работ.
В зависимости от поставленной цели прогноз геохимического риска может проводиться для всех стадий жизненного цикла объекта. Приложенные усилия и затраченные ресурсы при оценке риска должны соответствовать величине предполагаемых ущербов.
Стадия 2. Разработка общей концептуальной модели формирования геохимической опасности и возникновения геохимического риска
На этой стадии разрабатывается общая концептуальная модель формирования геохимической опасности на исследуемом участке и возникновения риска при ее реализации для конкретных реципиентов (объектов опасности). Разработка концептуальной модели должна быть выполнена на стадии обоснования инвестиций и корректироваться на каждой последующей стадии проектирования, а также в случае необходимости корректировки прогноза риска и управляющих решений на стадии эксплуатации - по мере поступления новой информации.
Общая концептуальная модель формирования геохимической опасности и риска включает следующие концепции: формирования геохимической опасности (модель I), реализации опасной геохимической ситуации (модель II); вида ущерба. Даны модель разрабатывается на основе представлений о: а) техногенных источниках, виде и интенсивности исходных техногенных воздействий, б) природных условиях, в которых происходит трансляция и трансформация техногенных воздействий, формирование опасного результирующего воздействия и геохимической опасности на исследуемом участке, в) процессах трансформации исходного воздействия и формирования результирующего воздействия на природный объект - «контактный» компонент природной среды, г) устойчивости природного объекта к внешнему воздействию, д) условиях контакта природного объекта с реципиентом - объектом опасности, е) возможном ущербе для реципиента при реализации геохимической опасности.
Процедура разработки общей концептуальной модели включает: идентификацию техногенных источников; разработку концептуальной модели природной среды (геологического строения, гидрогеологических, гидрологических, почвенных и др. условий, эколого-геохимического состояния компонентов природной среды); определение условий и процессов изменения исходного воздействия на пути трансляции воздействий от техногенного источника к реципиенту; характеристику реципиента - объекта опасности; обобщение разработку общей концептуальной модели. В процессе всех стадий жизненного цикла системы «субъект опасности - среда - объект опасности» по мере получения новой информации необходим критический анализ существующей концептуальной модели и в случае необходимости ее усовершенствование.
1. Идентификация (инвентаризация) техногенных источников воздействия (техногенной опасности). Процедура идентификации заключается в установлении характерных особенностей, параметров, показателей источников техногенного воздействия, которые могут привести или привели к формированию опасной геохимической ситуации на оцениваемой территории, характера распределения источников по площади, вида, состава и количества загрязняющих веществ. В зависимости от цели проводится идентификация: 1) проектируемого техногенного источника/источников, 2) потенциального источника/источников, воздействие которого может привести к возникновению риска для различных реципиентов на рассматриваемой территории, 3) источника/источников, воздействие которого уже привело к формированию опасной геохимической ситуации.
На данной стадии: устанавливается вид исходных воздействий - прямой (химический) и косвенный (физический, биологический и др.), характер действия - детерминированный или случайный, интенсивность и продолжительность воздействия, вероятность отказа, преобладание тех или иных видов воздействия; определяется перечень загрязняющих веществ, которые могут поступать в окружающую среду, проводится анализ токсичности, выделение неканцерогенных и канцерогенных веществ; устанавливается расположение источника по отношению к рассматриваемому участку; проводится сбор данных о нештатных ситуациях и причинах их возникновения (для действующих техногенных источников собирается информация об случившихся аварийных ситуациях, для проектируемых - об аварийных ситуациях на объектах-аналогах), в т.ч. определяются: форма и характер проявления нештатной ситуации (взрыв, выброс, разрыв трубопровода и т.п.), интенсивность и направленность воздействий (выбросы в атмосферу, наземные разливы из поврежденных емкостей с реактивами и наземных систем коммуникаций, утечки из подземных коммуникаций с указанием глубины заложения коммуникаций и др.), перечень компонентов, поступающих в окружающую среду, характеристика физико-химических свойств (способность к разложению, сорбции, осаждению). На данной стадии необходимо сформулировать концептуальные представления о приоритетности загрязняющих веществ и их учете при прогнозе риска.
2. Разработка концептуальной модели природной среды на пути трансляции опасных воздействий от техногенного источника к реципиенту (в дальнейшем концептуальной модели природной среды). В зависимости от расположения техногенного источника по отношению к исследуемому участку, а также характера и направленности воздействий определяются предполагаемые пути трансляции потенциально опасных воздействий, и соответственно компоненты природной среды, через которые осуществляется трансляция опасных воздействий.
Основные этапы в развитии концептуальной модели природной среды: сбор и анализ опубликованных и фондовых материалов, данных инженерно-геологических и инженерно-экологических изысканий, научных исследований, режимных наблюдений за развитием геохимических опасностей, в случае отсутствия информации - проведение изысканий в необходимом объеме, разработка предварительной концептуальной модели, анализ неопределенностей, определение состава и объема дополнительных исследований, разработка программы исследований, проведение дополнительных исследований и уточнение предварительной концептуальной модели.
3. Характеристика процессов вдоль пути трансляции исходных техногенных воздействий включает рассмотрение процессов переноса и физико-химической трансформации потенциальных загрязняющих веществ во всех природных средах на пути от источника к рецептору. Например, при оценке риска, связанного с загрязнением подземных вод в зоне воздействия выбросов загрязняющего вещества рассматриваются процессы миграции в воздушной среде, и далее через ненасыщенную и насыщенную зоны к рецептору - объекту опасности. В данном случае в зависимости от природных условий и вида загрязняющего вещества возможны дисперсия, межфазные физико-химические процессы: осаждение и окисление, сорбция (в т.ч. ионный обмен), деструкция, денитрификация, сульфат-редукция и др., перечень которых определяется в зависимости от конкретных условий.
4. Характеристика рецептора - объекта опасности включает рассмотрение всех объектов опасности, для которых выполняется прогноз риска. Характеристика населения, потенциально подверженного воздействию на исследуемой территории, предусматривает анализ мест проживания (локализация и расстояние от источника загрязнения), видов деятельности, выявление чувствительных подгрупп, анализ состояния здоровья, уровня заболеваемости, возможности и длительности контакта с потенциально загрязненными природными средами. Характеристика объектов инфраструктуры (зданий и сооружений) включает тип объекта, его возраст, состояние (в т.ч. степень износа), основные характеристики (например, для фундамента - тип: ленточный / столбчатый / плита / сваи висячие / сваи, глубина расположения подошвы, ростверка, нагрузка на грунты оснований, материал фундамента: камень / кирпич / бетон (блоки) / дерево).
5. Характеристика ущерба включает определения типа ущерба (денежный, физический и др.), выбор методики расчета, определение основных составляющих ущерба.
Стадия 3. Прогноз техноприродного геохимического риска (реализация концептуальной модели).
На данной стадии выполняется прогноз геохимического риска, процедура которого в общем случае включает следующие стадии: 1. Анализ всех составляющих геохимического риска. 2. Выбор метода оценки геохимического риска. 3. Выполнение прогнозных расчетов геохимического риска. 4. Анализ полученных результатов.
В ходе анализа основных событий, обусловливающих возникновение геохимического риска, определяется, какие составляющие риска могут рассматриваться как вероятностные, какие - как детерминированные (квазидетерминированные). Прогноз риска выполняется с точностью и достоверностью, которые зависят от стадии проектирования, уровня ответственности объекта опасности, интенсивности потенциальных техногенных воздействий, восприимчивости природной среды и объекта опасности, уровня неопределенности и величины предполагаемого риска. В соответствии с этим выбирается метод прогноза геохимического риска. Для оценки вероятности используются разные методы: от субъективных оценок вероятности, метода аналогии и экспертных оценок риска до сложных статистических процедур и стохастического моделирования.
На начальной стадии (прединвестиционной) при дефиците информации рекомендуется использовать метод аналогии или экспертные методы. На стадии обоснования инвестиций рекомендуется использовать аналитический метод с использованием упрощенных статистических распределений. Использование аналитических методов при определении геохимического риска основано на следующем положении: вероятность наступления «конечного» неблагоприятного события рассматривается как сложное событие, декомпозиция которого на более простые позволяет оценить вероятность его наступления на основе определения вероятностей простых событий. Вероятность конечного события определяется как произведение вероятности начального (инициирующего) события на условные вероятности всех остальных при условии, что вероятность каждого последующего вычисляется в предположении, что все остальные события уже совершились. При использовании аналитических методов вероятности простых событий оцениваются отдельно и затем определяется их произведение. На стадии проекта процедура оценки риска усложняется, в связи с чем целесообразно использовать стохастическое моделирование.
При прогнозе гидрогеохимической опасности могут использоваться различные типы стохастических моделей: 1) детерминированная постановка краевой задачи фильтрации (массопереноса) в целом, вероятностная процедура ее решения, 2) детерминированное математическое описание процесса, вероятностное описание свойств среды внутри рассматриваемой области с помощью случайных величин и статистических законов распределения, 3) стохастическое задание граничных условий, при детерминированном математическом описании самого процесса внутри области, 4) чисто вероятностная трактовка модели (Огняник и др., 1985). При вычислении вероятности наиболее часто используется вероятностно-детерминированное моделирование, когда вероятностные блоки включаются в модель, которая детерминированно описывает процессы фильтрации и миграции.
В разделе рассмотрены подходы к оценке отдельных составляющих «предметного» гидрогеохимического риска.
Вероятность воздействия техногенного источника. В практике анализа риска отказы чаще оперируют не с вероятностями, а со средними интенсивностями (частотами) нежелательных событий за определенное время. Для перехода к вероятностным оценкам, предлагается рассматривать динамику возникновения неблагоприятных воздействий как марковский процесс, характеризуемый простейшим потоком появления событий. Математически простейший поток описывается пуассоновским распределением появления событий с заданной величиной интенсивности появления (Гнеденко,1999). Рассмотрен подход к оценке вероятности выбросов и утечек с использованием стандартов надежности инженерных объектов (Harr, 1987).
Вероятность того, что в случае техногенного воздействия объект окажется в зоне воздействия источника. В зависимости от типа техногенного источника и характера воздействия (выброс, сброс, утечка и т.д.) вероятность расположения объекта в зоне влияния источника определяется с помощью соответствующих моделей (Алымов, Тарасова, 2004).
Вероятность опасного (больше критериального) результирующего воздействия (при исходном воздействии и соответствующем расположении объекта) В большинстве случаев при прогнозе вероятности загрязнения подземных вод результирующие воздействие определяется концентрацией загрязняющего вещества, поступающего из зоны аэрации на уровень грунтовых вод. В этом случае необходимо определить вероятность того, что: 1) концентрация загрязняющего вещества, поступающего на уровень грунтовых вод, будет превышать критериальный уровень, или 2) время, через которое загрязняющее вещество поступит на уровень грунтовых вод, будет меньше критериального. Критериальная концентрация - это концентрация, превышение которой при поступлении на уровень грунтовых вод может привести к формированию опасного состояния подземных вод, фиксируемого в створе (участке фиксации загрязнения) и определяемого в зависимости от цели исследования. Несомненно, что оценить может ли данная концентрация поступившего загрязняющего вещества привести к загрязнению подземных вод на участке фиксации загрязнения, как повлияют на ее величину процессы дисперсии, сорбции, осаждения, деструкции на пути миграции его в водоносном горизонте можно только при решении обратной задачи. Для того, чтобы уменьшить трудоемкость данного процесса, целесообразно использовать простые аналитические уравнения или использовать в качестве критерия ПДК или индекс опасности. В качестве критериального времени можно использовать время, за которое может произойти разложение вещества, или время эксплуатации объекта опасности (водозабора, зданий и сооружений и т.д.).
Вероятность проявления неустойчивости природной среды при опасном результирующем воздействии - это вероятность того, что при миграции загрязняющего вещества в водоносном горизонте процессы разбавления, дисперсии, сорбции, осаждения, деструкции и т.п. не приведут к снижению концентрации ниже ПДК или референтной дозы. Таким образом, определяется вероятность того, что на участке фиксации загрязнения концентрация загрязняющего вещества будет выше критериального показателя (ПДК, референтной дозы и т.п.), или, что время достижения участка фиксации загрязнения (например, водозабора) будет меньше времени, необходимого для разложения вещества или времени эксплуатации объекта.
Оценка ущерба
Реализация техногенных воздействий или воздействий техногеннонарушенной природной среды (например, загрязненной или агрессивной) могут привести к следующей цепочке: последствия - потери - ущерб (Оценка и управление природными рисками, 2003). В зависимости от реципиента различают следующие виды ущерба: жизни и здоровью конкретных людей (медико-биологический); физическим и юридическим лицам, организациям (материальный, экономический, моральный); природной среде (экологический); социально-экономической системе (социально-экономический.; государству (социально-политический). В разделе подходы к оценки экономического ущерба воздействия загрязненной окружающей среды на здоровье населения (Ревич, Сидоренко, 2006, 2007), экологического ущерба (Медведева, 2003), ущерба окружающей среде от загрязнения токсичными металлами (Головин, Морозова и др., 2000), ущерба от загрязнения подземных вод нанесенных различным природным средам (объектам, ресурсам) и природопользователям (Методика исчисления размера ущерба…., 1997), ущерба от загрязнения подземных вод и грунтов нефтепродуктами (Гольдберг, 1994).
Развитие методики постановки, проведения и интерпретации экспериментальных лабораторных исследований межфазных физико-химических процессов и определения миграционных параметров
Неопределенности при прогнозе опасных геохимических ситуаций в подземных водах в значительной степени связаны с недостаточным знанием физико-химических процессов в системе вода-порода, а также значений миграционных параметров, в особенности параметров межфазовых взаимодействий, основным методом определения которых остается лабораторный метод. Несмотря на ряд недостатков, неоднократно отмечаемых в литературе, экспериментальное лабораторное моделирование при условии правильной интерпретации результатов может успешно использоваться при изучении формирования гидрогеохимической обстановки, выяснении физико-химических процессов, происходящих при фильтрации через породы - процессов, которые во многих случаях трудно выявить по данным натурных наблюдений, а также характера и направленности микробиологических процессов, которые могут активизироваться при изменении условий. Представляется важным развитие данного направления.
Проанализированы сложности, возникающие при проведении экспериментальных лабораторных исследований и связанные: с отбором представительных проб пород и их подготовкой к опыту, изменением ионно-солевого комплекса пород при хранении образцов (рассмотрены преимущества и недостатки хранения пород в запарафинированном виде), активизацией микробиологических процессов при хранении образцов и в процессе эксперимента.
В разделе рассмотрены результаты экспериментальных лабораторных исследований, направленных на изучение: 1) формирования химического состава растворов при фильтрации через сульфидизированные глинистые породы, лессовидные суглинки и суглинки в условиях массобмена I типа; 2) процессов ионообменной сорбции карбонатными и песчано-глинистыми породах в статических и динамических условиях; 3) процессов сорбции тяжелых металлов на песках, супесях и суглинках в статических условиях. На основании полученных данных проводилось обоснование теоретических моделей процессов, определялись расчетные схемы, оценивались миграционные параметры.
Экспериментальные исследования формирования химического состава растворов при фильтрации через сульфидизированные глинистые породы. Лабораторные фильтрационные опыты по моделированию питания через слабопроницаемые сульфидизированные глинистые породы Тобольского и Сурско-Хоперского артезианских бассейнов проводились с целью исследования гидрогеохимического аспекта процесса перетекания и его роли в формировании химического состава межпластовых вод. На основании анализа результатов химического и минералогического исследования образцов пород до и после фильтрации, а также результатов изменения химического анализа фильтратов, выявлено влияние условий хранения образцов сульфидизированных пород на трансформацию ионно-солевого комплекса, установлены особенности формирования на разных стадиях эксперимента химического состава фильтратов из образцов, использованных после отбора керна (рис.3а) и образцов, хранившихся более 2-3 месяца в запарафинированном виде; определены физико-химические и микробиологические процессы, протекающие в образце на этапах хранения, подготовки к опыту, проведения фильтрационного эксперимента. Интерпретация полученных результатов позволила установить процессы, обусловливающие поступление компонентов из перекрывающих глин в межпластовые водоносные горизонты, и подтвердить региональные закономерности изменения химического состава вод на участках с различной интенсивностью питания. Теоретическая модель миграционного процесса разработана А.А.Рошалем. Четырехпараметрическая математическая модель среды с двойной пористостью (в - относительный объем слабопроницаемых пор, г (лv), г'(л'v) - коэффициенты массообмена между жидкой фазой в хорошо- и слабопроницаемых порах и между твердой и жидкой фазами в слабопроницаемых порах, v - скорость фильтрации) удовлетворительно описывает экспериментальные выходные кривые. Определены параметры массообмена: в = 0.4-0.7, л=3.2-4.7 м-1, л'= (0.7-0.9).10-3 м-1.
Экспериментальные лабораторные исследования формирования химического состава растворов при фильтрации через слабозасоленные суглинки и лессовидные суглинков. Опыты в фильтрующих образцах проводились с целью исследования формирования агрессивности растворов при фильтрации через суглинки и лессовидные суглинки, отобранные в разных районах Ставропольского края, в районе г. Одессы, на территории ВАЗ (г.Тольятти) и в г.Кривой Рог; обоснования теоретической модели миграционного процесса и расчетной схемы определения миграционных параметров. Комплекс исследований включал: определение химического состава фильтрата и содержания в образцах легко-и среднерастворимых солей, послойное определение в образце остаточной засоленности после фильтрации, диагностический анализ аутигенных минералов. Обработка экспериментальных данных проводилась с использованием программы "MASSTRAN" (Лехов, Петров,1989). Результаты обработки показали, что выходным кривым выноса хлорид-иона соответствует модель гетерогенной среды с сосредоточенной емкостью, а выходным кривым выноса сульфат-иона - также модель гетерогенной среды с неограниченной емкостью. На основании анализа результатов изменения химического состава фильтрата и минералогического состава образцов пород, особенностей массообмена в гетерогенно-блоковой среде было установлено, что химический состав растворов при фильтрации через слабозасоленные породы (легкорастворимые соли находились в растворенном состоянии) определялся; на начальной стадии опыта - составом жидкой фазы образца к началу фильтрации и особенностями переноса компонентов в гетерогенной среде, на второй стадии - условиями массообмена между жидкой и твердой фазами (растворением гипса, ионным обменом, а также образованием гидротроилита в основном на выходе из образца) и особенностями выноса компонентов в гетерогенной среде, на третьем этапе (конечный участок выходной кривой) - особенностями выноса компонентов в гетерогенной среде в тех условиях, когда межфазовые взаимодействия происходят в очень незначительных масштабах ограничиваются в основном образованием гидротроилита (растворение гипса практически закончено, роль ионного обмена крайне незначительна) (рис.3б).
При определении параметров гетерогенной модели, значения относительной пористости каналов в большинстве случаев не превышали 0.07, значения активной пористости, определенные по выходным кривым изменения содержания сульфат-иона, составляли 0.42 - 0.77, т.е. в 1.5-2 раза выше, чем определенные по выходным кривым выноса хлорид-иона, что связано с влиянием на миграцию сульфат-иона процесса образования гидротроилита. Величины коэффициентов массообмена, определенные по выносу хлорид-иона и сульфат-иона, в основном имеют близкие значения и в большинстве случаев характеризуются значениями 0.19 -1.2 сут-1, типичными для пород с гетерогенностью миллимитровых размеров.
...Подобные документы
Концентрационные интервалы элементов для биотической (элементного состава органов, тканей и всего организма) или абиотической среды. Обзор факторов образования почвенных аномалий (виды рельефа). Сущность геохимической оценки урбанизированных территорий.
контрольная работа [696,9 K], добавлен 05.02.2011Методы и правила проведения оценки загрязнения территории, с использованием геохимических данных относительно химических элементов в почвах, донных отложениях, в золе растений. Анализ размеров и интенсивности техногенных аномалий урбанизированного района.
курсовая работа [741,5 K], добавлен 06.04.2011Потенциальная опасность оборудования установок нефтеперерабатывающих предприятий. Аварии и меры безопасности при эксплуатации производственного объекта. Перечень факторов, влияющих на показатели риска, и оценка уровня опасности технологического блока.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 19.06.2012Обезвреживание и утилизация отходов в нефтегазовом комплексе. Состав и содержание отхода. Первичные показатели опасности. Показатели степени опасности отходов для окружающей природной среды. Обзор основных существующих методов утилизации отхода.
курсовая работа [79,9 K], добавлен 06.07.2015Основные операции, производимые с нефтью и нефтепродуктами. Общая характеристика производства. Береговые опасные производственные объекты. Специфические эксплуатационные опасности. Прогнозирование объемов и площадей разливов нефти и нефтепродуктов.
дипломная работа [5,2 M], добавлен 13.05.2015Исследование понятия и подходов к классификации городских ландшафтов. Выявление степени ландшафтного разнообразия городских поселений Беларуси. Влияние градостроительства на естественные ландшафты. Изучение экологических проблем городских ландшафтов.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 11.11.2013Опасность как явления, процессы, объекты, свойства объектов, которые в определенных условиях способны наносить вред жизнедеятельности человека. Сущность понятия "остаточный риск", признаки опасности. Человек как биологическое существо. Системы защиты.
презентация [257,0 K], добавлен 20.01.2014Оценка уровня и опасности загрязнения территории на основе геохимических данных о содержании химических элементов в почвах и золе растений. Определение основных источников загрязнения. Расчет коэффициента биологического поглощения элементов растениями.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 11.11.2011Показатели опасности канцерогенов и не канцерогенов. Расчет средних суточных и пожизненных доз поступления химических веществ в организм. Оценка риска развития канцерогенных эффектов. Мероприятия по уменьшению влияния некачественной среды на население.
дипломная работа [601,6 K], добавлен 13.03.2014Рекреация и рекреационная деятельность. Национальный парк Хайних, проект "Эдем", парк цветов Кёкенхоф, парк развлечений Вики-Вачи, парк Сокольники, парк Ривьера. Текущее состояние территорий урбанизированного природопользования, его потенциал развития.
курсовая работа [76,5 K], добавлен 24.05.2016Естественные и антропогенные (техногенные) источники загрязнения воздуха. Атмосферные опасности. Загрязнение поверхностных и подземных вод. Эндогенные процессы как источник опасности. Землетрясение - наиболее опасное проявление геологических процессов.
контрольная работа [29,9 K], добавлен 29.03.2012Характеристика предмета и задач экологии, как науки будущего. Определение современной радиационно-экологической обстановки на территории Брянской области. Роль геохимической миграции радионуклидов в реабилитации загрязненных территорий Брянской области.
реферат [24,8 K], добавлен 19.11.2011Краткая история предприятия, его стратегическое значение, оценка экологической опасности, производственно-технологическая характеристика. Общая оценка уровня экологической опасности предприятий цветной металлургии на предприятии, средства защиты.
контрольная работа [317,1 K], добавлен 06.03.2014Анализ экологических рисков при добыче и транспортировке нефти. Территориальные особенности Ханты-Мансийского автономного округа – Югры. Основные факторы экологической опасности и аварийности. Алгоритм успешных мер по ликвидации аварийных последствий.
статья [162,3 K], добавлен 10.05.2014Способы классификации отходов. Методы определения класса опасности отходов. Экологическое нормирование отходов I-IV класса опасности. Девять основных классов опасности грузов, знаки обозначения. Текущие нормативные требования к транспортировке отходов.
контрольная работа [329,1 K], добавлен 26.11.2010Зона экотоксикологической опасности как территория, на которой показатель качества окружающей среды превышает некоторое предельное значение. Расчет индекса загрязненности атмосферы, характеристика загрязняющих веществ и определение критических значений.
контрольная работа [157,3 K], добавлен 26.03.2010Виды твердых промышленных отходов и характеристика методов определения класса их опасности. Суть тест-объекта Daphnia magna и его применение в биотестировании. Методика определения острой токсичности отходов. Правила работы в биологической лаборатории.
дипломная работа [434,4 K], добавлен 21.06.2012Проблема обращения с отходами производства и потребления. Исследование методик проведения биотестирования. Оценка тест-объектов. Целесообразность установления класса опасности отходов методом биотестирования для ЗАО "Тролза" с экономической точки зрения.
презентация [2,0 M], добавлен 21.06.2012Географическое положение, природные условия, геологическое строение и гидрогеологические условия района. Радон, его основные свойства, нахождение в природе и воздействие на организм человека. Причины существование радоновой опасности на территории города.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 07.12.2014Методы определения класса опасности токсичных отходов производства и потребления. Анализ показателей опасности и концентрации компонентов отходов. Временное складирование отходов производства и потребления. Требования к размещению и содержанию объектов.
контрольная работа [106,5 K], добавлен 13.05.2014
